近年来，高温胁迫等极端天气事件早发、频发、重发，对全球农业生产构成严重威胁。玉米是全球主粮作物之一，温度每升高1.0 ℃玉米产量下降约7.4%。为减轻其对玉米产量的不利影响，了解高温胁迫影响生殖发育的机制至关重要。然而，关于玉米花丝发育早期对高温胁迫的响应尚不明晰。

近日，山东农业大学刘鹏教授团队在The Crop Journal在线发表了题为“Increased hormone activity promotes silk development and heat tolerance during the floret differentiation stage in maize”的研究论文，作者通过分析不同耐热型玉米品种的表型、细胞结构、生理和组学数据，证明了激素在高温胁迫下花丝生长发育和受精过程中起着重要作用。

大喇叭口期（V12）是夏玉米雌穗小花分化和性器官成熟的重要时期，花丝生长发育也由此开始。本研究发现，在V12期花丝比花粉更容易受到高温胁迫的影响。V12期高温胁迫破坏发育早期花丝中的激素平衡，且激素信号转导途径受到抑制。具体来讲，高温胁迫降低了花丝中赤霉素（GA₃）含量，增加了反式玉米素（t-ZT）和脱落酸（ABA）含量（图1）。生长相关激素含量的变化延迟了部分花丝从苞片中伸出的时间，导致散粉结束时伸出苞叶的花丝比例下降。与此同时，高温胁迫导致花丝细胞结构损伤、花丝活力下降、受精能力严重降低，共同导致籽粒产量损失达30%~76%（图2）。其中，耐高温型夏玉米品种郑单958在高温胁迫下通过激活更多的应激响应通路、更快的抗性激素响应和上调生长相关的激素来维持花丝生长发育，以此表现出更好的抗逆性。这些发现增强了我们对发育早期的花丝响应高温胁迫的了解，并为下一步制定耐高温育种策略以稳定高温下的产量提供了理论基础。

图1 高温胁迫后花丝转录组分析及激素含量变化

图2 高温胁迫后花丝生长动态及超微结构的观察

作者和基金项目

本研究由山东农业大学农学院玉米栽培生理生态团队完成，农学院在读博士研究生王慧琴为该文第一作者，刘鹏教授为通信作者，陈应龙教授、博士后Aziz Khan和硕士研究生孙菁等为该研究提供了帮助和支持。该研究得到国家自然科学基金项目（32071959）、国家重点研发计划项目（2023YFD2303304）和山东省重点研发项目（LJNY202103）的资助。

图文来源：植物生物技术Pbj